含柔顺关节的空间单自由度常力机构的研究

发布时间：2017-03-16 03:00

  本文关键词：含柔顺关节的空间单自由度常力机构的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着精密技术的发展,在某些任务场合,工业机器人或者机床在对精密部件抓取、加工或者打磨抛光时往往需要末端执行器与外部环境接触时接触力保持常值。而基于传感器的力的控制,在实际工业应用中难以精确的实现,这是由于设备振动、外部环境的恶劣以及传感器技术的限制,力传感器采集到的信号比较杂乱,很难准确地将期望的力信号分离出来。这时对于空间柔顺常力机构的研究就变得十分有意义。本文对空间RSSP机构的位形进行详细的分析,然后基于此进行优化,得到各个位形下空间柔顺常力机构的结构参数,并且提出实现机构末端力调整的设计方案。另外,本文进行了一组空间常力手爪的设计,并进行实验验证了优化数据的有效性。空间柔顺RSSP机构的位形分析是后续研究的基础。本文介绍了分析空间柔顺机构的常用方法,即伪刚体模型法,引进RSSP机构的基本空间位形,无量纲化其结构参数,并分析RSSP机构的正逆运动学。选择了合适的空间柔顺RSSP构型,并对其一般初始位形进行分析,得出一般位形下各个结构参数的表达式,并求出其计算铰链变形量的表达式。一般初始位形下的优化结构参数是指导空间柔顺常力机构实际工程设计最重要的指标。为了得到这些参数,本文基于柔顺RSSP机构的位形分析,采用虚功原理进行静力分析得到末端反应力与机构各个无量纲化参数之间的关系。本文采用合适的方法建立起能够表征末端反应力波动的目标函数,并采用多目标函数的方法添加复杂约束条件,从而使用粒子群优化算法得到各个初始位形下的优化结构参数。在优化过程中,对位形一的构型和位形二的构型下的优化结构参数进行了分析和规律总结。为了使得空间柔顺常力机构的使用范围能够更加广泛,本文通过引进变刚度关节使得其末端力的常值能够调整。本文根据合适的设计原则,选择了比较简单的设计方案,对设计方案的力学模型进行了详细的力学分析,进行了变刚度关节的总体结构设计。本文对关节刚度进行了分析,对变刚度关节的主要的传动件进行了选型。然后详细地设计了一组关节使用的弹簧片,进行了应力分析,并采用有限元仿真验证以上分析设计方法。为了验证以上优化数据的有效性和体现优化数据的实用性,本文设计了一组空间常力手爪,并进行了实验。
【关键词】：柔顺关节 常力机构 RSSP机构 变刚度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-11
• 1.1.1 课题的来源9
• 1.1.2 课题研究的背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 国外柔顺常力机构的研究现状11-13
• 1.2.2 国内柔顺常力机构的研究现状13-15
• 1.2.3 国内外文献的综述15
• 1.3 国内外柔顺常力机构设计方法的研究现状及分析15-17
• 1.4 本课题研究的主要内容17-19
• 第2章 柔顺RSSP机构的位形分析19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 伪刚体模型法和柔顺铰链19-21
• 2.2.1 柔性杆的伪刚体模型19-20
• 2.2.2 柔性铰链的伪刚体模型20-21
• 2.3 基本空间构型21-22
• 2.4 基本空间构型的正逆运动学22-23
• 2.5 柔顺常力机构的构型的选择23-24
• 2.6 空间柔顺常力机构的初始位形24-26
• 2.7 铰链变形量26-27
• 2.8 本章小结27-28
• 第3章 空间柔顺常力机构的参数优化28-49
• 3.1 引言28
• 3.2 静力分析28-31
• 3.3 目标函数的建立31-33
• 3.4 粒子群算法33-34
• 3.4.1 粒子群算法简介33
• 3.4.2 粒子群算法的基本原理和步骤33-34
• 3.5 复杂约束条件的处理34-35
• 3.6 单自由度常力机构结构参数的确定35-36
• 3.7 位形一的优化结果36-43
• 3.8 位形二的空间柔顺常力机构43-47
• 3.9 本章小结47-49
• 第4章 变刚度关节的设计及常力机构的实验49-65
• 4.1 引言49
• 4.2 机构末端常力调整的方案设计49-54
• 4.2.1 变刚度关节的设计49-51
• 4.2.2 变刚度关节的力学分析51-53
• 4.2.3 变刚度关节的总体结构设计53-54
• 4.3 变刚度关节主要传动零部件的选型54-55
• 4.4 变刚度关节弹簧片的设计55-56
• 4.5 关节的刚度分析与有限元仿真56-60
• 4.5.1 关节的刚度分析56-58
• 4.5.2 弹簧片的有限元分析58-60
• 4.6 空间柔顺常力手爪的设计及实验60-64
• 4.6.1 空间柔顺常力手爪的设计60-62
• 4.6.2 实验62-64
• 4.7 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-71
• 致谢71

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1 舒淦;含柔顺关节的空间单自由度常力机构的研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

  本文关键词：含柔顺关节的空间单自由度常力机构的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：251234